Tagebaumaßnahmen führen durch Entfernung des Oberbodens, Vermischung von Bodenschichten bei der Wiederverfüllung von Restlöchern und Maschineneinsatz dazu, dass auf Tagebaufolgeflächen meist extrem schwierige Standortbedingungen für Pflanzenwachstum herrschen. Dazu zählen v.a. Bodenverdichtung und Bodenversauerung durch die Verwitterung von Eisensulfiden, was Ernährungsstörungen und Belastungen mit Schwermetallen und anderen Schadstoffen zur Folge hat. Die Bodenbedingungen sind auf kleinem Raum sehr heterogen. Das ungünstige Mikroklima der vegetationsfreien Flächen verstärkt die durch Bodenverdichtung schwierige Wasserversorgung. Mykorrhiza-Pilze fehlen oft zunächst. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines möglichst wenig aufwendigen Konzeptes, um mit Hilfe geeigneter Baumarten und Bodenhilfsstoffe zumindest auf kleiner Fläche eine Begrünung von Kippen-Rohböden zu erreichen, um so Startpunkte einer Sukzession zu etablieren. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Baumarten (Quercus robur, Acer platanoides, Sorbus aucuparia, Alnus glutinosa, Pseudostuga menziesii und Pinus sylvestris) und Bodenhilfsstoffe zur Verbesserung der physikalischen (Perlit, Wasserspeichersubstanzen: sowohl herkömmliches, petrochemisches Hydrogel als auch neuartiger Superabsorber aus pflanzlicher Stärke), chemischen (Kalk), physikalischen und chemischen (Kompost) sowie biologischen (Mykorrhiza-Impfung) Bodeneigenschaften getestet. Die Bodenhilfsstoffe wurden einzeln und miteinander kombiniert eingesetzt. Auf auch Jahre nach der Ablagerung des Haldensubstrats noch vegetationsfreien Flächen im ehemaligen Ronneburger Uranerz-Abbaugebiet wurden Freilandversuche mit knapp 1.000 Bäumen angelegt; Topfversuche im Gewächshaus dienten der Begleitung und Vertiefung. Die physikalischen und chemischen Bodeneigenschaften der Versuchsflächen wurden analysiert, die Effekte der Bodenhilfsstoffe darauf im Topfversuch überprüft. Die Entwicklung der Versuchspflanzen wurde über zwei Jahre hinweg durch regelmäßige Vitalitätsschätzungen auf einer 5-stufigen Skala, Messungen verschiedener Wuchsparameter und Analysen der Elementgehalte in den Assimilationsorganen untersucht. Die Böden wiesen eine sehr geringe Wasserspeicherkapazität und eine stark gestörte Infiltrations- und Wasserleitfähigkeit auf. Das Nährstoffpotential war mit Ausnahme sehr geringer Stickstoff-Gehalte gut. Eine sehr starke Versauerung sowie stark belastende Kupfer- und Schwefel-Gehalte waren die Haupt-Probleme. Auffällig waren hohe Magnesium-Gehalte und -Sättigungen. Die Versuchspflanzen waren entsprechend sehr stark mit Schwefel und Kupfer sowie mit Eisen, Aluminium und teilweise Mangan belastet und zeigten auffallend hohe Magnesium-Gehalte. Sie wiesen Ernährungsdefizite auf, die auf die geringe Stickstoffversorgung, Nährstoffantagonismen/Ionenkonkurrenz und Toxizität zurückgeführt werden können. Im Verlauf des Versuchs entwickelte sich auf einigen Versuchsflächen in Teilbereichen Spontanvegetation (Moose, Calamagrostis epigejos). Bodenuntersuchungen ergaben leicht höhere pH-Werte und eine entsprechend günstigere Ernährungssituation in diesen Bereichen, vermutlich aufgrund einer unregelmäßigen Flächenkalkung einige Jahre vor Versuchsbeginn. Die Entwicklung der Versuchspflanzen wurde stark von den Standortunterschieden beeinflusst. Kalk und Kompost hatten deutlich positive Effekte auf die chemischen Bodenbedingungen und die Pflanzenentwicklung. Mit Kompost war der Einfluss vor allem bei den anspruchsloseren Baumarten Eberesche, Schwarz-Erle und Wald-Kiefer oft größer. Daneben zeigten Mykorrhiza-Impfungen eine starke Wirkung, vor allem in Kombination mit Kalk und/oder Wasserspeichersubstanzen. Die positiven Wirkungssynergismen von Mykorrhiza-Impfungen und Wasserspeichersubstanzen auch ohne Kalk-Gaben waren angesichts der sehr stark sauren Standortverhältnisse bemerkenswert. Darüber hinaus hatten Wasserspeichersubstanzen wie auch Perlit keine, teilweise sogar negative Effekte durch Herabsetzung der Kalk-Wirkung in kombinierten Varianten. Zudem wiesen die mit Perlit oder Wasserspeichersubstanzen gepflanzten Bäume teils hohe Schadstoff-Belastungen auf. Die Bodeneigenschaften wurden nicht beeinflusst; die feinbodenreichen Lehmböden mit ihrer geringen Infiltrationsfähigkeit durch Zerscherung der Grobporen bei Verdichtung schienen für den Einsatz von Wasserspeichersubstanzen weniger geeignet zu sein. Das Vorhandensein von Pilz-Partnern zur Mykorrhiza-Bildung ist auf diesen schwierigen Standorten offenbar von besonderer Bedeutung, da diese Symbiose die Wasserversorgung von Pflanzen verbessern kann, außerdem ihre Ernährung fördert und die Schadstoff-Aufnahme hemmt, wie im Rahmen der vorliegenden Arbeit bestätigt werden konnte. So konnten durch kombinierte Mykorrhiza-Impfungen teilweise selbst die extremen Schwefel-Gehalte auf ein normales Maß gesenkt werden, was mit Kalkung allein nicht der Fall war. Die obligat Mykorrhiza bildenden Rot-Eichen und Wald-Kiefern, zwei eigentlich zur Tagebaurekultivierung sehr geeignete und viel verwendete Baumarten, zeigten insgesamt hohe Ausfallraten. Bei den Eichen spielte dabei die schlechte Qualität des Pflanzenmaterials, bei den Kiefern wahrscheinlich starke Trockenheit zum Zeitpunkt der Versuchsanlage im Frühjahr 2005 eine Rolle. Bei den ebenfalls obligat Mykorrhiza bildenden Douglasien war der Standort in günstigeren Bereichen, in denen sich auch Spontanvegetation entwickeln konnte und in die nachweislich Mykorrhiza-Pilze einwanderten, von großer Bedeutung. Wie die als einzige Baumart nicht mit Kupfer belastete Eberesche und die durch ihre Symbiose mit Stickstoff-fixierenden Bakterien sehr gut geeignete Erle, die von allen Baumarten die besten Ergebnisse zeigte, konnte sich auch die Douglasie auf diesen etwas besseren Standorten selbst ohne Bodenhilfsstoffe zufrieden stellend entwickeln. Angesichts des extremen Sommers 2006 kam vermutlich auch ihre Trockenheitstoleranz zum Tragen. Die Spitz-Ahorne zeigten hohe Schadstoff-Belastungen, kaum Wachstum und eine stark gestörte Wurzel-Ausformung. Die Baumart wurde zudem stark verbissen und erwies sich insgesamt als wenig geeignet. Auf Grundlage der Ergebnisse der auf den Ronneburger Tagebaufolgeflächen durchgeführten Untersuchungen wird für die Rekultivierung dieser und vergleichbarer Standorte eine Mischung aus Erlen, Ebereschen und Douglasien empfohlen, wobei die Erle auch aufgrund ihrer Standort verbessernden Eigenschaften den größten Anteil einnehmen sollte. In stärker versauerten (pH KCl < 4), frei von Bodenvegetation bleibenden Bereichen sollte einige Zeit im Vorfeld der Pflanzungen eine Kalkung mit aufgrund der Bodengehalte magnesiumfreiem Kalk erfolgen, um die Voraussetzungen für Bodenvegetation und Mykorrhiza-Pilze zu verbessern. Bei den Ebereschen und Erlen ist eine Kompost-Gabe ins Pflanzloch als Starthilfe sinnvoll. Zumindest bei den Douglasien sollten Mykorrhiza-Impfungen durchgeführt werden, die generell auf diesen Standorten empfehlenswert sind und somit auch für die Ebereschen und Erlen sehr vorteilhaft sein können. Die Dauer der Wirkung der Bodenhilfsstoffe und die über die beobachtete Zeit hinaus gehende Entwicklung der Bäume sind unter den gegebenen, sehr schwierigen Standortbedingungen mit fortschreitender Pyrit-Verwitterung und damit Bodenversauerung offen.

Der Beitrag der arbuskulären Mykorrhizapilze zur Nährstoffaufnahme und zum Wachstum von Pflanzen ist vom Genotyp des Pilzes und der Pflanze abhängig, sowie von den Umweltbedingungen. In der vorliegenden Arbeit wurden Mykorrhizapilze unterschiedlicher Herkunft verwendet. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Untersuchung der Rolle der Mykorrhiza bei der Reaktion der Pflanze auf räumlich unterschiedliches Nährstoffangebot im Boden. Als Versuchspflanzen wurden Süßkartoffel und Tagetes verwendet. Für die Arbeit wurden verschiedene Modellexperimente durchgeführt. In speziell für diese Arbeit konstruierten Gefäßen wurden nicht-mykorrhizierte und mykorrhizierte Süßkartoffelpflanzen mit organischer Substanz versorgt, die entweder gleichmäßig oder heterogen im Substrat verteilt war. In weiteren Experimenten wurde mit Hilfe von "split-root" Systemen die Wirkung arbuskulärer Mykorrhizapilze auf ein lokales Angebot von mineralischem Phosphor und Stickstoff im Boden untersucht. Darüber hinaus wurde in Versuchen Kompost räumlich konzentriert im Substrat angeboten. Die Messungen umfassten den Mykorrhizierungsgrad der Wurzel, die Entwicklung des extraradikalen Myzels, die Trockenmasse der Pflanze sowie die Konzentrationen an Phosphor und Stickstoff in der Pflanze. Eine Besiedlung der Wurzeln mit arbuskulären Mykorrhizapilzen führte in den meisten Versuchsansätzenzu einer erhöhten Nährstoffaufnahme der Pflanze und zu einem verbesserten Wachstum. Ein besonders starkes Hyphenwachstum in Bodenzonen mit viel organischer Substanz wurde jedoch nicht beobachtet. Zugabe von Kompost führte teilweise zu einem Rückgang des Mykorrhizierungsgrades. Die Verwendung von organischem Material oder Kompost im Gartenbau kann sinnvoll sein und zur Verminderung von Mineraldüngung beitragen. Optimales Pflanzenwachstum und Mykorrhizawirkung erfordern jedoch eine gute Balance zwischen Art und Menge des organischen Stoffes bzw. Komposts, den Substrateigenschaften und den Pflanzen- und Pilzgenotypen. / The actual contribution of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi to plant nutrient uptake depends on the fungal and plant genomes, and on environmental conditions. In the present study, AM fungi of different origin, for example isolated from plots with different long-term fertilizer application history, were used to quantify their contribution to plant nutrient uptake under situations of spatially heterogeneous soil nutrient distribution. Test plants for this study were sweet potato and marigold. Several model experiments were carried out. In specifically constructed growth containers, non-mycorrhizal and mycorrhizal sweet potato plants were supplied with organic matter either homogeneously or heterogeneously distributed in the substrate. Bacteria from a long-term organically fertilized soil were also added as a treatment. In other experiments using a split-root approach, the influence of AM fungi on the plant response to localized mineral phosphorus and nitrogen supply was studied. In a further experiment, the effects of localized compost supply on marigold plants inoculated with Glomus mosseae were investigated. Arbuscular mycorrhizal fungi increased nutrient uptake and growth of plants under most conditions, also when nutrients were heterogeneously distributed in soil. However, there was no indication of increased hyphal proliferation or activity in soil spots with high organic matter. Plant phosphorus status regulated the extent of AM root colonization. The extent of AM root colonization was partly decreased by application of organic matter and of compost to the substrate. Application of organic matter and/or compost can be beneficial in horticulture and can replace mineral fertilizer use. However, optimum plant growth and mycorrhizal function require a good balance between type and amount of organic matter or compost, growth substrate properties and plant and AM fungal genotype.

Aufgrund seines Nährstoffaneignungsvermögens und Stimulierung des Pflanzenmetabolismus kann der Arbuskuläre Mykorrhiza (AM) Pilz im Gartenbau nutzbringend eingesetzt werden. Der Fokus der Arbeit liegt auf den Möglichkeiten des AM Pilzes a) pflanzenernährerische Probleme zu lösen, b) die Blütenbildung bei Zierpflanzen zu steigern und c) das Gesundheitspotential von Gemüse für den Menschen zu erhöhen (sekundäre Pflanzenmetaboliten). Zur Lösung pflanzenernährerischer Probleme wurden Porree, Pelargonie und Poinsettie auf Torf-Substraten mit 20% und 40% Kompostzusatz untersucht. Ferner wurde Salat auf Torf-Substrat mit drei P Behandlungen getestet: substrateigenes P, Rohphosphat und lösliches P. Frühlingszwiebeln und Schnittknoblauch wurden in Nährlösungen auf Perlit mit niedrigem, mittlerem und hohem NH4+/NO3- Verhältnis ernährt. Gemessen wurde die AM Kolonisation, die Trockenmasse und die N, P, K, S, NO3-, Mg und Zn Konzentrationen im Spross. Die Blütenbildung von Pelargonien und Poinsettien wurde auf Torf-Kompost-Substraten untersucht. Der Einfluss auf die sekundäre Metaboliten von Frühlingszwiebeln und Schnittknoblauch wurde zusammen mit drei NH4+/NO3- Verhältnissen geprüft (s.o.). Untersucht wurden Glukose, Fruktose, Saccharose, lösliche Feststoffe und organische Schwefelverbindungen (gemessen als Pyruvat). Eine AM Kolonisation konnte die Nährstoffversorgung der Pflanze verbessern und die Blütenbildung erhöhen. Jedoch profitierten die Pflanzen unter den beschriebenen experimentellen Bedingungen nicht durchgängig in ihrem Wachstum und Metaboliten vom AM Pilz. Die Zugaben von Kompost ermöglichte die Verbesserung der Substratqualität für die Nährstoffversorgung und das Pflanzenwachstum unter ökologischen Gartenbaubedingungen. Der Ertrag von gesundheitsfördernden organischen Schwefelverbindungen konnte in Abhängigkeit von der jeweiligen Allium Spezies, durch eine Variation des Ammonium/Nitrat Verhältnissen und/oder durch einen AM Effekt auf das Wachstum gesteigert werden. / Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi can be beneficial for horticultural crops due to their nutrient acquisition properties and stimulation of the plant metabolism. The present work focuses on the prospects of AM fungi a) to solve plant nutritional problems, b) to induce flower development of ornamental plants, and c) to improve the health potential of crop plants for humans. Contribution of AM fungi to plant nutritional problems were investigated with leek, pelargonium and poinsettia plants on peat-based substrates with 20% and 40% compost additions. Moreover, lettuce plants were supplied on peat-based substrates with substrate own P, rock phosphate, or highly soluble P. Bunching onion and chinese chive were propagated on perlite in nutrient solution with low, medium and high NH4+:NO3- ratios. Mycorrhizal colonization, dry weight, and N, P, K, S, NO3-, Mg and Zn concentrations in plants were measured. Mycorrhizal effects on bud and flower development of pelargonium and poinsettia plants were investigated on peat-based compost substrates. Treatment effects on secondary metabolites in bunching onion and chinese chive were determined by exposing mycorrhizal and non mycorrhizal plants to three NH4+:NO3- supply ratios. The metabolites measured were glucose, fructose, and sucrose, total soluble solids, and organosulfur compounds (measured as pyruvic acid). Colonization improved plant nutrient status and flower development. Under the described experimental conditions, however, plants did not consistently benefit in growth or plant composition from the mycorrhizal symbiosis. Additions of compost were a means of improving the substrate quality for an increased plant nutrient acquisition and plant growth in organic horticulture. The plant quality of Allium species in respect to organosulfur compounds was increased by taking the individual Allium species into consideration, their specific requirements for an optimal NH4+:NO3- supply ratio, and a possible AM effect on plant growth.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu untersuchen, ob sich mit der Düngung von Stroh, Gehölzhäcksel, frischem Pferdemist und Grüngutkompost die Ertragsleistung und Nährstoffaufnahme von Leguminosen sowie der Folgefrucht Winterweizen steigern lässt. Darüber hinaus sollte die Aufnahme von düngebürtigem Kohlenstoff durch Rotklee mittels 13-C-angereichertem Stroh quantifiziert werden. Die Verfügbarkeit von Kalium, teilweise auch von Schwefel und Molybdän, wurde vor allem nach der Düngung von Grüngutkompost und von Pferdemist für die untersuchten Leguminosen verbessert, während nach der Düngung von Gehölzhäcksel und Stroh keine signifikanten Effekte auf die Nährstoffaufnahme der Pflanzen festgestellt werden konnten. Die scheinbare Ausnutzung des gedüngten Stickstoffs durch die Leguminosen lag in Abhängigkeit von der Düngung zwischen 0 und 9 % (Gehölzhäcksel < Grüngutkompost < Pferdemist < Stroh). Nur nach der Düngung von Pferdemist zu Saatplatterbse und Ackerbohne verringerte sich der Anteil an symbiotisch fixiertem Luftstickstoff am Spross-N gegenüber der Kontrolle, nicht jedoch die symbiotisch fixierte N-Menge. Der Vorrat an mineralischem Stickstoff im Boden in einer Tiefe von 0 bis 30 cm war unter Ackerbohne und Rotklee ca. 40 Tage nach der Düngung und Einarbeitung von Gehölzhäcksel gegenüber den Vergleichsvarianten und der Kontrolle deutlich vermindert. Ein Einfluss der durch die Düngung bedingten temporären N-Festlegung im Boden auf den Anteil an fixiertem Luftstickstoff am Spross-N konnte bei keiner der untersuchten Leguminosen festgestellt werden. Der nachfolgende Winterweizen reagierte in einem Jahr mit signifikant höherem Kornertrag auf die Düngung von Grüngutkompost zu Ackerbohne und erhöhtem Rohproteingehalt im Korn auf die Düngung von Pferdemist zu Saatplatterbse. Mit Hilfe von 13-C-markiertem Stroh wurde im Freiland eine Assimilation von 0,5 % der mit dem Stroh gedüngten Kohlenstoffmenge durch Rotklee ermittelt. / The aim of this study was to examine, whether the application of wheat straw, pruning, horse manure and green compost improves the yield formation and nutrient uptake of legumes and the succeeding crop winter wheat. Furthermore it should be quantified the amount of carbon in red clover derived from the organic fertilizer by carbon dioxid assimilation. An improved uptake of potassium, partially of sulphur and molybdenum for the legumes could be detected after the application of green compost and horse manure. No effects were found on plant nutrient uptake after the application of straw and pruning. The apparent utilization of the applied nitrogen by organic fertilizer was 0 to 9 %, depending on the fertilization (pruning < green compost < horse manure < straw). The proportion of symbiontically fixed nitrogen decrease in faba bean and in chick-pea after manuring with horse manure compared with the control. However the total amount of symbiotically fixed nitrogen did not decreased. The amount of mineral nitrogen in the soil (depth: 0 to 0,3 m) was significant reduced under faba bean and red clover, 40 days after application and incorporation of pruning. No effect on the symbiotic nitrogen fixation of the legumes was found because of the organic fertilizer induced temporary immobilization of nitrogen in this soil layer. An increased grain yield was determined in the succeeding winter wheat after fertilizing green compost to faba bean and a higher content of crude protein in grain of the wheat was determined after fertilizing horse manure to chick-pea. With the help of a 13C-tracer method it could be estimated, that about 0,5 % of the added carbon with straw was assimilated by red clover under field conditions.

In der Wintersaison 2005-2006 wurde ein Split-Split Plot-Design Feldversuch mit drei Wiederholungen für jede Behandlung von Kartoffeln, als Indikatorpflanze, unter den ariden Bedingungen der Kharga Oasis in der Westlichen Wüste von Ägypten durchgeführt. Drei Bewässerungslevel (100 %, 80 %, und 60 % of ETc) mit Tröpfchenbewässerung, zwei Mulchvarianten (Zuckerrübenabfall ohne und mit 24 ton ha-1) und 4 Kompostraten (0, 12, 24, und 36 ton ha-1) wurden getestet. Generell und als Ergebnis einer Regressionsanalyse der Versuchsvarianten ohne Kompost war die beste Variante die Tröpfchenbewässerung bei 80% ETc unabhängig ob gemulcht oder nicht gemulcht wurde. Andererseits die Variante mit 36 t Kompost und mit 24 t Mulch ergab die besten Ergebnisse bei 60% of ETc sowohl beim Ertrag und den Ertragskomponenten, bei den hydrophysikalischen Eigenschaften, bei der Bodenwasserretention, beim Wasserverbrauch, bei den Pflanzenkoeffizienten, der Wassernutzungseffizienz, der Düngernutzungseffizienz sowie beim Nettogewinn. Wird die Rate der Kompostgabe aber auf 24 ton ha-1 reduziert, die höchsten Nettogewinne bei der lokalen Vermarktung als auch signifikant beim Kartoffelexport werden erreicht. / Under the arid condition of Kharga Oasis in the Western Desert of Egypt, split-split plot design field experiment with three replications for each treatment using potato as an indicator plant was carried out during the winter season 2005-2006. Three irrigation levels of water regime (100 %, 80 %, and 60 % of ETc) using drip irrigation system, two treatments of soil covering (sugar cane wastes at the rate of 0 and 24 ton /ha) and compost rates (0, 12, 24, and 36 ton ha-1) were tested. In general and as a result of the triple interaction among the studied treatments, using drip irrigation either with soil mulching or not, 80 % of ETc as a water regime was the best. On the other hand, reducing drip irrigation water level at 60% of ETc in mulched soil that was treated with 36 ton ha-1 of compost recorded the highest values yield and yield components, soil hydrophysical properties, soil water retention, water consumption, crop coefficients, water economy water use efficiency, fertilizer use efficiency, net profit. But reducing the compost rate to 24 ton ha-1 attained the highest net profit for local potato consumption and achieved the best significant net profit for exportation.